[發明專利]基于UWB融合GPS與慣性導航的室內外定位系統及方法

有效

• 申請號: 201811106043.2
• 申請日: 2018-09-21
• 公開（公告）號: CN109283565B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 孫海渤;阮愛民;黃濤;胡航;唐健;魏剛;王智睿;姜福康
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力有限公司鎮江供電分公司;杭州宜清自動化控制技術有限公司
• 主分類號: G01S19/49
• 分類號: G01S19/49;G01C21/16
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

1.一種基于UWB融合GPS與慣性導航的室內外定位系統，其特征在于，包括基站分系統、標簽分系統、數據處理分系統；

所述基站分系統由若干基站組成，基站固定在室內不同位置，每個獨立室內目標區域至少需要固定四個基站；

所述標簽分系統由若干可移動的標簽組成，標簽設置于每個目標用戶上；

所述基站包括Cortex-M4芯片、基站DWM1000模塊、基站串口模塊、LED指示燈、以太網模塊；基站DWM1000模塊、以太網模塊、基站串口模塊、LED指示燈均與Cortex-M4芯片相連；

所述標簽包括Cortex-M3芯片、標簽DWM1000模塊、標簽串口模塊、GPS模塊、GPRS模塊、慣性導航模塊、電源模塊、LED指示燈；標簽DWM1000模塊、標簽串口模塊、GPS模塊、GPRS模塊、慣性導航模塊、電源模塊、LED指示燈均與Cortex-M3芯片相連；

所述Cortex-M4芯片為STM32F4系列，用于執行基站DWM1000模塊定位的相關代碼及數據的儲存收發；

所述Cortex-M3芯片為STM32F10x系列，用于執行標簽DWM1000模塊定位的相關代碼及數據的儲存收發；

所述DWM1000模塊用于對室內目標距離數據的測量收發，并通過多基站對標簽不同距離數據解算出目標精確位置信息；

所述GPS模塊對室外目標位置進行定位，所述GPRS模塊將定位信息發送至解算服務器；

所述基站串口模塊采用USB虛擬串口輸出與UART4輸出，用于外接電源、數據傳輸和調試；

所述標簽串口模塊采用UART4輸出，用于調試；

慣性導航模塊獲取標簽DWM1000模塊空間姿態數據以調整角度誤差，同時在GPS信號與UWB信號進行切換產生盲區時，依據上一位置數據提供目標的可靠位置信息；進一步的，當室內UWB信號產生遮蔽或無法接收時，啟動慣導繼續定位并產生位置信息；

所述以太網模塊用于基站和數據處理分系統之間的位置數據傳輸；

所述數據處理分系統由解算服務器和上位機軟件組成，用于對接收的位置數據進行結算存儲；所述上位機軟件可適用于PC端和移動端，采用BS模式或CS模式。

2.如權利要求1所述的基于UWB融合GPS與慣性導航的室內外定位系統的基站控制方法，其特征在于，

當基站上電后，程序開啟定時器，若定時器走完沒有被中斷，則代表基站注冊表為空，基站進入BLK_WAIT狀態，等待接收標簽廣播的blk消息，若收到blk消息，則構造標簽的結構體將其依次放入基站注冊表中并中斷定時器，開啟定時器進入RNG_SEND狀態，若基站沒有收到blk消息，則程序回到等待接收blk信息狀態；

若定時器被打斷，則基站進入RNG_SEND狀態，按照注冊表中標簽順序對該順序標簽發送range_init消息，之后進入FINAL_WAIT狀態，基站打開接收程序，若收到標簽發來的final消息，則解析final消息包，獲取標簽的range_init接收時戳和final發送時戳，根據range_init接收時戳和final發送時戳的時間差乘以光速計算基站和標簽的距離，并將距離上報服務器，之后清空該標簽在注冊表位置，待定時器中斷跳出循環回到RNG_SEND狀態，若基站沒有接收到final消息，則程序將該標簽隨機插到注冊表其他位置，對注冊表下一個標簽發送range_init消息。

3.如權利要求1所述的基于UWB融合GPS與慣性導航的室內外定位系統的標簽控制方法，其特征在于，

當標簽上電之后，首先進入BLK-SEND狀態，以廣播的方式向周圍基站發送bLk消息，發送后進入接收RNG_WAIT狀態；當標簽收到基站發送的range_init消息后，進入FINAL_SEND狀態，向基站點對點發送final消息；若標簽未收到range_init消息，則進入休眠狀態。